JP2016149319A - 薄膜線材の接続構造、その接続構造を用いた高温超電導線材およびその接続構造を用いた高温超電導コイル - Google Patents

Abstract

【課題】薄膜線材の延長または接続による許容応力の低下を防止した薄膜線材の接続構造、その接続構造を用いた高温超電導線材およびその接続構造を用いた高温超電導コイルを提供する。【解決手段】薄膜線材の接続構造１０は、少なくとも基板２２および基板２２の片面に形成された超電導層２５を層に含むテープ形状の積層体３０の外周を導体層２１で被覆した接続構造１０において、薄膜線材２０で発生した超電導電流１１の通流経路となる経路形成体１２が、導体層２１のうち基板２２に関して超電導層２５と反対側の側面１３に配置された接合材１４で接合されたものである。【選択図】 図２

Description

本発明の実施形態は、積層された薄層から構成されてテープ状に成形された薄膜線材の接続技術に関する。

現在、レアアース（ＲＥ：Ｒｅａｒ Ｅａｒｔｈ）を含む（ＲＥ）Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ₇を用いたＲＥＢＣＯ線材を代表とする高温超電導線材を用いた高温超電導コイルの研究が盛んにされている。

特に、厚さ百μｍ程度の基板上に、複数の種類の層を形成して作製される高温超電導線材（以下、「薄膜線材」という）は、高磁場下での電流容量が大きいという特性がある。
また、薄膜線材は、テープ長手方向に高い応力をかけても超電導特性が失われないという特徴もある。
よって、高磁場を発生させるために必要な高電流密度および高い許容応力を有する高温超電導コイルの実現が期待されている。

ＭＲＩ用磁石や単結晶引き上げ装置用磁石、加速器用磁石などに薄膜線材を適用する場合、必要な線材長は、１つの磁石につき数ｋｍから数百ｋｍが必要となる。
しかし、高温超電導層に高い結晶性が必要であることなどから薄膜線材は長尺化が難しい。現状では薄膜線材の単長は、数十ｍから数百ｍとなっている。
よって、薄膜線材を用いて高温超電導コイルを製造する場合、薄膜線材を複数本接続することが必要である。

現在、ゼロ抵抗で接続する、いわゆる超電導接続は確立されていないので、接続抵抗ができるだけ小さくなるように接続が工夫されている。
薄膜線材を構成する層の最上層および最下層は、通常、銅などのメッキで形成される安定化層である。
通常、超電導層を通流する超電導電流は、高温超電導層を基板に関して超電導層と同一の側にある安定化層（以下、「表面（おもてめん）」という）へより容易に流れる。

よって、２本の薄膜線材を接続して延長する場合、表面どうしを半田で接合して接続抵抗を小さくしている。
同様に、電極などの常電導体に薄膜線材を接続する場合も、表面を電極に接続することで、接続抵抗を小さくしている。

なお、半田などの常電導体に超電導電流が流れることによる発熱は、通常、高温超電導線材の超電導性にほとんど影響しない。
すなわち、常電導体の発熱密度は低いため、冷却が十分であれば、超電導コイルとしての機能は喪失しない。
しかし、超電導層が破壊された場合、破壊された部位における発熱密度は、極めて大きくなる。
よって、この破壊された部位は、冷凍機などによる冷却で極低温に維持することが困難になり、熱暴走が発生することが考えられる。

特開２０００−１３３０６７号公報 特開２００８−１４０９３０号公報 特開２０１１−０１８５３６号公報

前述したように、薄膜線材は、超電導特性に関して、いわゆるテープ長手方向の許容応力の高さに優位性がある。
しかしながら、表面に半田を配置して薄膜線材を接続した場合、テープ長手方向の許容応力が低下してしまうことが確認された。

この低下は、接続端部で応力が集中することが原因であることがわかった。
薄膜線材は、通常、テープ長手方向の許容応力が高い一方で、薄膜線材を構成する層を引き剥す方向（以下、「剥離方向」という）の許容応力は低い。
テープ長手方向の許容応力の低下は、テープ長手方向の引張り力をかけたときに接続部の両端の極一部に応力が集中することによると予想される。

この集中した応力の一部が、剥離方向の成分（以下、「剥離応力」という）となり、超電導層を含む積層体を破壊したと予想される。
上述したように、この破壊された部位から熱暴走に至ることがありえる。
薄膜線材で構成される高温超電導コイルは、通常、薄膜線材の一部でも熱暴走などによって超電導性が失われると、超電導コイルとしての機能が発揮することができない。

一方、強度の高い高電気抵抗材などで薄膜線材の外周を補強した場合、薄膜線材は、接続されてもテープ長手方向の許容応力が低下しない。
接続部の両端に発生する剥離応力が補強材にかかるため、薄膜線材内部の超電導層へ影響がほとんど及ばないためである。
しかし、薄膜線材の外周を補強すると、通電容量に対する線材の断面積が増加し、高温超電導コイル全体の電流密度が低下する。
電流密度の低下は、効率的な高磁場発生の観点では不利である。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、薄膜線材の延長または接続による許容応力の低下を防止した薄膜線材の接続構造、その接続構造を用いた高温超電導線材およびその接続構造を用いた高温超電導コイルを提供することを目的とする。

本実施形態にかかる薄膜線材の接続構造は、少なくとも基板および基板の片面に形成された高温超電導層を層に含むテープ形状の積層体の外周を導体層で被覆した薄膜線材の接続構造において、薄膜線材で発生した超電導電流の通流経路となる経路形成体が、導体層のうち基板に関して高温超電導層と反対側の側面に配置された接合材で接合されるものである。

本発明により、薄膜線材の延長または接続による許容応力の低下を防止した薄膜線材の接続構造、その接続構造を用いた高温超電導線材およびその接続構造を用いた高温超電導コイルが提供される。

一般的な薄膜線材の構成斜視図である。 第１実施形態にかかる薄膜線材の接続構造を用いて接続された２本の薄膜線材の斜視図。 第１実施形態にかかる薄膜線材の接続構造の図１の平面による切断断面の断面図。 従来の薄膜線材の接続構造に、テープ長手方向に引張り力をかけた場合に発生する剥離応力を示す図。 第１実施形態の薄膜線材の接続構造に、テープ長手方向に引張り力をかけた場合に発生する剥離応力を示す図。 第１実施形態にかかる薄膜線材の接続構造の適用に好適な薄膜線材のテープ短手方向の断面図。 第１実施形態にかかる薄膜線材の接続構造の適用に好適な薄膜線材のテープ短手方向の断面図。 第２実施形態において経路形成体として用いられる高温超電導銀シース線材の断面斜視図。 第２実施形態にかかる薄膜線材の接続構造を用いた高温超電導線材の接続部分であってテープ長手方向の断面図。 薄膜線材に銀シース線材が接続された高温超電導線材を巻回して作製したパンケーキコイルを示す斜視図。 第２実施形態で用いられる銀シース線材の変形例を示すテープ端手方向の断面図。 第３実施形態にかかる薄膜線材の接続構造を用いた高温超電導線材の接続部分であってテープ長手方向の断面図。 第３実施形態にかかる薄膜線材の接続構造を用いた高温超電導線材の接続部分の変形例のテープ長手方向の断面図。 高温超電導コイルに配置された経路形成体の一例を示す図。 第４実施形態にかかる薄膜線材の接続構造であってテープ長手方向の断面図。 第４実施形態にかかる薄膜線材の接続構造を適用することができる高温超電導コイルの一例を示す断面斜視図。 第５実施形態にかかる薄膜線材の接続構造のテープ長手方向の断面図。 第５実施形態にかかる薄膜線材の接続構造の変形例のテープ長手方向の断面図。 第５実施形態にかかる薄膜線材の接続構造の変形例のテープ長手方向の断面図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
まず、層構造をとるテープ形状の高温超電導線材２０（以下、「薄膜線材２０」という）の構成を、図１を用いて説明する。
図１は、一般的な薄膜線材２０の構成斜視図である。
薄膜線材２０は、例えばＲＥ酸化物からなる高温超電導層２５（以下、「超電導層２５」という）を含むＲＥＢＣＯ線材などの線材である。

薄膜線材２０は、例えば、ニッケル基合金、ステンレスまたは銅などの高強度の金属材質である基板２２と、基板２２の上に形成されて基板２２と超電導層２５の熱収縮の際に起因する熱歪みを防止する中間層２４と、中間層２４を基板２２の表面に配向させるマグネシウムなどからなる配向層２３と、中間層２４の上に形成される酸化物でできた超電導層２５と、銀、金または白金などで組成され、超電導層２５に含まれる酸素が超電導層２５から拡散することを防止して超電導層２５を保護する保護層２６と、銅またはアルミニウムなどの良電導性金属であり超電導層２５への過剰超電導電流の迂回経路となってクエンチ現象を防止する安定化層２１と、から構成される。

ただし、薄膜線材２０を構成する各層の種類および数はこれに限定されるものではなく、必要に応じて多くても少なくてもよい。

（第１実施形態）
図２は、第１実施形態にかかる薄膜線材の接続構造１０（以下、単に「接続構造１０」という）を用いて接続された２本の薄膜線材２０の斜視図である。
なお、図２では、薄膜線材２０の一部をテープ長手方向に切断して切断断面を表示している。
また、図２以降の各図では、説明を簡単にするため、積層体３０を形成する層のうち、実施形態に必須の基板２２および超電導層２５以外のものは省略している。

第１実施形態にかかる接続構造１０は、図２に示されるように、少なくとも基板２２および基板２２の片面に形成された超電導層２５を層に含むテープ形状の積層体３０（図１）の外周を導体層２１で被覆した接続構造１０において、薄膜線材２０（以下、必要に応じて「第１線材２０ａ」という）で発生した超電導電流１１の通流経路となる経路形成体１２が、導体層２１のうち基板２２に関して超電導層２５と反対側の側面１３（以下、「裏面１３」という）に配置された接合材１４で接合されたものである。

積層体３０は、図１の一例では、基板２２、配向層２３、中間層２４、超電導層２５、保護層２６を含む。
また、通常、積層体３０の外周を被覆する導体層２１は、安定化層２１である。

また、第１実施形態においては、経路形成体１２は、第１線材２０ａと同様に積層体３０を導体層２１で被覆した第２の薄膜線材２０ｂ（２０）である。
第２線材２０ｂの裏面１３は、第１線材２０ａの裏面１３と対向するように配置される。
そして、対向した第１線材２０ａの裏面１３の先端と第２線材２０ｂの裏面１３の末端とが半田１４ａ（１４）などの接合材１４で接合される。

ここで、図３は、図１の第１実施形態にかかる接続構造１０のテープ端手方向に沿って配置された平面Ω（図２）による切断断面の断面図である。
基板２２と超電導層２５とを隔てる中間層２４（図１）は、一般的に電気絶縁体である。
よって、超電導層２５を流れる超電導電流１１は、中間層２４を横断して裏面１３へ流れ込むことはできない。

しかし、図２および図３に示されるように、第１実施形態にかかる第１線材２０ａおよび第２線材２０ｂは、安定化層２１が積層体３０の外周を被覆するように形成されている。
よって、図３に示すように、第１線材２０ａの超電導層２５を流れる超電導電流１１は、安定化層２１が形成する迂回経路を流れて裏面１３に流れ込む。

同様に、第１線材２０ａの裏面１３から第２線材２０ｂの裏面１３へ流入した超電導電流１１は、第２線材２０ｂにおいて、安定化層２１が形成する迂回経路を流れて超電導層２５へ流入する。
第１線材２０ａを通流した超電導電流１１は半田１４ａを介して第２線材２０ｂへ流入して、第２線材２０ｂを通流する。
つまり、このように接合された第１線材２０ａおよび第２線材２０ｂは、全体として１本の高温超電導線材５０となる。

ここで、図４は、従来の接続構造に、テープ長手方向に引張り力１６をかけた場合に発生する剥離応力１７を示す図である。
つまり、図４は、安定化層２１のうち基板２２に関して超電導層２５と同じ側の側面１９（以下、「表面１９」という）を対向させて接続した図である。
テープ長手方向に引張り力１６が加わると、第１線材２０ａの先端と第２線材２０ｂの末端とが接続される領域３６（以下、「接続領域３６」という）の両端部に局所的な変形が発生する。

変形によってこの両端部に集中した応力のうち、一部の成分は薄膜線材２０を積層方向に引き剥す応力１７（剥離応力１７）になる。
数十μmの薄さで形成された銅などの比較的柔らかい低抵抗金属である安定化層２１は、機械的強度が低いため、積層体３０に剥離応力１７を伝えてしまう。

従来では、半田１４ａを表面１９に配置して接合していたので、基板２２に関して表面１９と同じ側にある超電導層２５は、剥離応力１７の影響を大きく受けた。
前述のように、積層体３０のうち超電導層２５または中間層２４などは、剥離方向の許容応力が極めて低いため、この剥離応力１７によって容易に破壊される。

一方、図５は、第１実施形態の接続構造１０に、テープ長手方向に引張り力１６をかけた場合に発生する剥離応力１７を示す図である。
接続構造１０で接続される場合、半田１４ａが配置される裏面１３の安定化層２１と超電導層２５との間に、基板２２が配置されることになる。

基板２２は、安定化層２１の数倍である百μｍ程度の厚さを有し、Ni基合金などの硬くて強度が高い材料で構成される。
よって、接続領域３６の一部に応力が集中しても、この応力が超電導層２５へ及ぼす影響は極めて軽微となる。
すなわち、第１実施形態にかかる接続構造１０によれば、薄膜線材２０の電気的な接続によって高温超電導線材５０のテープ長手方向の許容応力が低下することを防止することができる。

なお、導体層２１を安定化層２１として説明したが、接続構造１０の適用に好適な薄膜線材２０は、積層体３０を安定化層２１で被覆したものに限定されない。
例えば、図６および図７はいずれも、第１実施形態にかかる接続構造１０の適用に好適な薄膜線材２０のテープ短手方向の断面図である。

図６に示されるように、低抵抗の金属テープ３３をろう材３２などで積層体３０の両面に貼り合わせて、全体として積層体３０を被覆する導体層２１にすることができる。
また、図７に示されるように、金属テープ３３で積層体３０を包み込み、金属テープ３３と積層体３０とをろう材３２で固着させてもよい。
つまり、超電導層２５に接続されて超電導電流１１が積層体３０を迂回することのできる迂回経路がある薄膜線材２０であれば接続構造１０を好適に用いることができる。

以上のように、第１実施形態にかかる接続構造１０によれば、薄膜線材２０の電気的な接続によって高温超電導線材５０のテープ長手方向の許容応力が低下することを防止することができる。

（第２実施形態）
図８は、第２実施形態において経路形成体１２として用いられる高温超電導銀シース線材１２ａ（１２）の断面斜視図である。
なお、図８においても、テープ状の銀シース線材１２ａの一部をテープ長手方向に切断して切断断面を表示している。

また、図９は、第２実施形態にかかる接続構造１０を用いた高温超電導線材５０の接続部分であってテープ長手方向の断面図である。
第２実施形態にかかる接続構造１０が適用される経路形成体１２は、図８または図９に示されるように、第１実施形態の薄膜線材２０である第２線材２０ｂに代えて、銀シース線材１２ａが用いられる。

銀シース線材１２ａの構造は、積層構造の薄膜線材２０とは構造が大きく異なり、母材である銀マトリクス３７の中に超電導フィラメント４４が、埋め込まれた形態になっている。
銀シース線材１２ａは、積層構造になっていないので、剥離方向の許容応力が高い。
一般に、超電導フィラメント４４の材質として、Ｂｉ_２Ｓｒ_２Ｃａ_２Ｃｕ_３Ｏ_１０が一般に用いられる。

薄膜線材２０は、非常に高い電流密度で超電導電流１１を流すことができるという特性がある。
しかし、必ずしも１本の高温超電導線材５０を一律に薄膜線材２０で構成しなくてもよい。

例えば、図１０は、薄膜線材２０に銀シース線材１２ａが接続された高温超電導線材５０を巻回して作製したパンケーキコイル４０を示す斜視図である。
パンケーキコイル４０の外周部分には、外部磁場により大きな変形が発生する。
よって、図１０に示されるように、剥離方向の許容応力が小さい薄膜線材２０に代えて、銀シース線材１２ａを配置するのがよい場合がある。

また、パンケーキコイル４０が複数積層されて構成される高温超電導コイル６０（図１４）においても、積層されるパンケーキコイル４０の位置によってかかる応力が異なる。
よって、高温超電導線材５０が用いられる環境に合わせて、銀シース線材１２ａなどの他の高温超電導線材と薄膜線材２０とを組み合わせることが望ましい場合がある。

そこで、第２実施形態では、薄膜線材２０および銀シース線材１２ａを、接続構造１０を用いて接続する。
銀シース線材１２ａについては、通常、薄膜線材２０のように表面１９と裏面１３とを区別する必要はない。
また、銀シース線材１２ａは、薄膜線材２０のように電気絶縁体の中間層２４がないので、テープ幅広面の表裏を貫通する方向（テープ厚さ方向）にも低い電気抵抗で電流を流すことができる。

また、図１１は、第２実施形態で用いられる銀シース線材１２ａの変形例を示すテープ端手方向の断面図である。
銀シース線材１２ａとして、図１１に示されるように、その外周をろう材３２および金属テープ３３で補強されたものを用いてもよい。

なお、第２線材２０ｂに代えて銀シース線材１２ａを用いること以外は、第２実施形態は第１実施形態と同じ構造および動作手順となるので、重複する説明を省略する。
図面においても、共通の構成または機能を有する部分は同一符号で示し、重複する説明を省略する。

このように、第２実施形態にかかる接続構造１０によれば、薄膜線材２０以外の高温超電導線材に薄膜線材２０を接続する場合も第１実施形態と同様の効果を発揮させることができる。
つまり、第１実施形態の効果を得ながら、高温超電導線材５０が用いられる環境に応じた構成で高温超電導線材５０を作製することができる。

（第３実施形態）
図１２は、第３実施形態にかかる接続構造１０を用いた高温超電導線材５０の接続部分であってテープ長手方向の断面図である。
また、図１３は、第３実施形態にかかる接続構造１０を用いた高温超電導線材５０の接続部分の変形例のテープ長手方向の断面図である。
なお、図１２および図１３の２次元平面では、超電導電流１１が積層体３０を横断しているかのように表示しているが、実際の３次元空間では、超電導電流１１は安定化層２１の迂回経路を通流している。

第３実施形態にかかる接続構造１０の経路形成体１２は、図１２および図１３に示されるように、薄膜線材２０のテープ長手方向の長さ（以下、「線材片長」という）が、この方向に垂直な方向の長さ（以下、「線材片幅」という）の５０倍以下である線材片１２_１（１２）である。
通常、用いられる線材片１２_１は、線材片１２_１の線材片長と同程度の線材片幅を有するものが使用される。
この線材片１２_１は、第２線材２０ｂの裏面１３に半田１４ａを介して接続される。

一般に、安定化層２１に用いられる銅等の電気抵抗率は、半田１４ａに用いられる材質の電気抵抗率よりも小さい。
しかし、“長さ／断面積”の値は、超電導電流１１が半田１４ａを流れる経路と比較して、安定化層２１が形成する迂回経路の方が数桁大きくなる。
よって、接続構造１０を用いた場合の接続抵抗は、半田１４ａの電気抵抗よりも、薄膜線材２０の内部の電気抵抗が支配的となる。

つまり、接続抵抗を低くする場合、接続領域３６をできるだけ大きくして、安定化層２１のうち迂回経路となる領域を広くする必要がある。
この迂回経路の実質的な断面積を大きくすることで、“長さ／断面積”の値を小さくすることが可能となる。
そこで、線材片１２_１を用いて、第３実施形態では、この線材片１２_１を薄膜線材２０にできるだけ長く接続して第１線材２０ａと第２線材２０ｂとの接続領域３６を大きくする。

この線材片１２_１には、例えば前述した銀シース線材１２ａ_１（２１_１）が好適に用いられる。
上述したように、銀シース線材１２ａ_１は、テープ厚さ方向にも低い電気抵抗で超電導電流１１を流すことができる。
よって、銀シース線材１２ａ_１どうしの接続面積が小さい場合も、低い接続抵抗を得ることができる。

さらに、超電導電流１１が銀シース線材１２ａ_１を横断する場合、同じ長さの薄膜線材２０を用いてブリッジ接続した場合のように中間層２４を迂回する必要がない。
つまり、線材片１２_１に銀シース線材１２ａ_１を用いると、薄膜線材２０を用いてブリッジ接続した場合と比較して横断経路が短くなり、接続抵抗が小さくなる。

具体的には、線材片１２_１を用いた接続構造１０は、図１２および図１３に示されるように、大きく２通りに大別することができる。
図１２は、第１線材２０ａの裏面１３と第２線材２０ｂの裏面１３とを対向させて、対向した裏面１３を線材片１２_１で接続させる場合を示している。
図１３は、第１線材２０ａおよび第２線材２０ｂが裏面１３を同一の向きに揃えて並置させて、この並置された裏面１３どうしに線材片１２_１をブリッジ接続させる場合を示している。

図１３に示されるように、線材片１２_１のブリッジ接続によって接続した場合、第１線材２０ａおよび第２線材２０ｂの裏面１３の向きを同一の向きに合わせることができる。
特に、超電導層２５に加わる電磁力を基板２２に押し付ける方向に働かせたい場合など、超電導層２５の向きが重要となる場合に有効である。

なお、銀シース線材１２ａ_１をブリッジ接続しただけでは、銀シース線材１２ａ_１のみで接続されて薄膜線材２０の重複領域がない部分が、高温超電導線材５０の機械強度的な弱点となる。
そこで、図１３に示したように、薄膜線材２０の表面１９の安定化層２１に補強材３８を接続し、補強してもよい。

このように補強材３８で補強した場合、補強材３８の両端で、積層体３０に剥離応力１７が発生する可能性がある。
しかし、補強材３８の両端で積層体３０が破壊された場合も、超電導電流１１は銀シース線材１２ａ_１を迂回して流れるため、超電導線材としての機能は喪失しない。

このように第３実施形態によれば、線材片１２_１を用いて接続領域３６を大きくすることで迂回経路を実質的に広げて、接続抵抗の“長さ／面積”の値を小さくすることができる。
また、補強材３８を接続してブリッジ接続を補強した場合も超電導線材としての機能を喪失させないことができる。

なお、第１実施形態の接続構造１０が線材片１２_１を備えること以外は、第３実施形態は第１実施形態と同じ構造および動作手順となるので、重複する説明を省略する。
図面においても、共通の構成または機能を有する部分は同一符号で示し、重複する説明を省略する。

このように、第３実施形態にかかる接続構造１０によれば、線材片１２_１を用いて接続領域３６を大きくすることで、安定化層２１の実質的な迂回経路を大きくすることができる。
つまり、第３実施形態にかかる接続構造１０によれば、第１実施形態の効果に加え、薄膜線材２０の接続抵抗をより低くすることができる。
さらに、線材片１２_１を用いることで、２本の薄膜線材２０の裏面１３を同一の向きに合わせることができ、設計の自由度を高めることができる。

（第４実施形態）
図１４は、高温超電導コイル６０に配置された経路形成体１２の一例を示す断面斜視図である。

第４実施形態にかかる接続構造１０が適用される経路形成体１２は、図１４に示されるように、高温超電導線材５０を高温超電導コイル６０として用いるために設けられるアクセサリ導体４１である。
通常、高温超電導線材５０を高温超電導コイル６０にする場合、パンケーキコイル４０（図１０）に成形した高温超電導線材５０を、複数積層してフランジ４３で固定して１つの高温超電導コイル６０にする。

そして、通常、積層されたこれらのパンケーキコイル４０のうち隣接する２つのパンケーキコイル４０は、その最内周または最外周で互いに電気的に接続される。
アクセサリ導体４１は、例えばこの隣接する２つのパンケーキコイル４０をその最内周または最外周で接続する接続導体４１ｂである。

また、フランジ４３に接触する両端のパンケーキコイル４０には、フランジ４３などに固定された口出電極４１ａが接続される。
この口出電極４１ａもまた、高温超電導コイル６０を通流した超電導電流１１を他のコイルに流出させる経路形成体１２となるアクセサリ導体４１である。

アクセサリ導体４１は、高温超電導線材５０を高温超電導コイル６０として用いるために設けられ、超電導電流１１を通流させる経路を形成するものであれば上述した例に限定されない。
例えば、アクセサリ導体４１は、巻枠（図示せず）などであってもよい。
また、図１５は、第４実施形態にかかる接続構造１０であってテープ長手方向の断面図である。
例えば図１５に示されるように、薄膜線材２０をアクセサリ導体４１に接続する場合も、第１実施形態などと同様に、薄膜線材２０の裏面１３に半田１４ａを配置して接合する。

なお、アクセサリ導体４１が設けられるコイルは、パンケーキコイル４０で構成されるものに限定されない。
例えば、図１６で示されるソレノイド形（レイヤ巻）、非円形に巻きまわしたレーストラック形または鞍形など、そのコイル形状は限定されない。

なお、接続構造１０を用いて薄膜線材２０をアクセサリ導体４１に接続すること以外は、第４実施形態は第４実施形態と同じ構造および動作手順となるので、重複する説明を省略する。
図面においても、共通の構成または機能を有する部分は同一符号で示し、重複する説明を省略する。

このように、第４実施形態にかかる接続構造１０によれば、薄膜線材２０とアクセサリ導体４１との電気的な接続によって薄膜線材２０のテープ長手方向の許容応力が低下することを防止することができる。
また、接続構造１０を用いて作製された高温超電導コイル６０によれば、薄膜線材２０の接続による熱暴走の発生率の上昇を防止することができる。

（第５実施形態）
図１７は、第５実施形態にかかる接続構造１０のテープ長手方向の断面図である。

第５実施形態にかかる接続構造１０には、図１７に示されるように、経路形成体１２である線材片１２_１が、薄膜線材２０とアクセサリ導体４１との接続において用いられる。
アクセサリ導体４１は、第４実施形態で説明したものと同様に、例えば、口出電極４１ａまたは接続導体４１ｂなどである。
また、線材片１２_１には、第２実施形態などと同様に、銀シース線材１２ａが好適に用いられる。
さらに、線材片１２_１は、第２実施形態と同様に裏面１３に半田１４ａで接合される。

アクセサリ導体４１は、口出電極４１ａまたは接続導体４１ｂなどであるため、コイル設計上、形状が制限される。
よって、薄膜線材２０とアクセサリ導体４１とを接続する場合、接続領域３６を広くとることは、第３実施形態で説明した薄膜線材２０どうしの接続のようには容易ではない。
しかし、薄膜線材２０とアクセサリ導体４１との接続に線材片１２_１を仲介させて接続すれば、第２実施形態と同様の理由により、接続領域３６が小さくても接続抵抗を小さくすることができる。

また、線材片１２_１を仲介させることで、裏面１３および表面１９のいずれを外向きにして巻回するか選択できるようになる。
例えば、図１４に示した高温超電導コイル６０において、外周に配置された口出電極４１ａを直接裏面１３に接合する場合、薄膜線材２０は裏面１３を外向きにすることになる。

一方、線材片１２_１をブリッジ接続すれば、表面１９を外向きにして、裏面１３で口出電極４１ａと電気的に接続することができる。
つまり、電磁力が積層体３０を剥離させる向きに働かないようにする必要がある場合など、表面１９の向きが重要となる場合に、設計の自由度を高めることができる。

また、図１８および図１９は、第５実施形態にかかる接続構造１０の変形例のテープ長手方向の断面図である。
図１８および図１９のいずれも、薄膜線材２０とアクセサリ導体４１とを、第２実施形態で説明したブリッジ接続によって接続している例である。
なお、図１７から図１９では簡単のため、裏面１３および表面１９の符号は省略している。

また、図１８のように、線材片１２_１のみで接続されて薄膜線材２０の重複領域がない部分が高温超電導線材５０の機械的強度の弱点となる場合は、補強材３８（図１３）で接続すればよい。
第２実施形態と同様に、表面１９に補強材３８を接続することで補強材３８との接続部の両端で積層体３０が破壊されても、超電導電流１１は線材片１２_１に迂回して流れるため、超電導コイルとしての機能は喪失しない。

なお、線材片１２_１を備えた接続構造１０を用いて薄膜線材２０をアクセサリ導体４１に接続すること以外は、第５実施形態は第４実施形態と同じ構造および動作手順となるので、重複する説明を省略する。
図面においても、共通の構成または機能を有する部分は同一符号で示し、重複する説明を省略する。

このように、第５実施形態にかかる接続構造１０によれば、線材片１２_１を介して薄膜線材２０とアクセサリ導体４１とを接続しているため、アクセサリ導体４１の長さが制約されたとしても、接続抵抗が低い接続構造１０を得ることができる。
また、線材片１２_１をブリッジ接続にする場合、裏面１３の向きを自由に決定できるので、設計上の自由度を高めることができる。

以上述べた少なくとも一つの実施形態の接続構造１０によれば、薄膜線材２０の裏面１３に接合材１４を配置することにより、薄膜線材２０の延長または接続によって許容応力が低下を防止することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。
これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。
これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…接続構造、１１…超電導電流、１２…経路形成体、１２ａ…高温超電導銀シース線材（銀シース線材）、１２_１（１２ａ_１）…線材片（銀シース線材）、１３…裏面、１４…接合材、１４ａ…半田、１６…引張り力、１７…剥離応力（応力）、１９…表面、２０…高温超電導線材（薄膜線材）、２０ａ（２０）…第１線材、２０ｂ（２０）…第２の薄膜線材（第２線材）、２１…導体層（安定化層）、２２…基板、２３…配向層、２４…中間層、２５…高温超電導層（超電導層）、２６…保護層、３０…積層体、３２…材、３３…金属テープ、３６…接続領域、３７…銀マトリクス、３８…補強材、４０…パンケーキコイル、４１…アクセサリ導体、４１ａ（４１）…口出電極、４１ｂ（４１）…接続導体、４３…フランジ、４４…超電導フィラメント、５０…高温超電導線材、６０…高温超電導コイル、Ω…平面。

Claims (9)

1. 少なくとも基板および前記基板の片面に形成された高温超電導層を層に含むテープ形状の積層体の外周を導体層で被覆した薄膜線材の接続構造において、
   前記薄膜線材で発生した超電導電流の通流経路となる経路形成体が、前記導体層のうち前記基板に関して前記高温超電導層と反対側の側面に配置された接合材で接合されることを特徴とする薄膜線材の接続構造。
2. 前記経路形成体は、少なくとも基板および前記基板の片面に形成された高温超電導層を層に含むテープ形状の積層体の外周を導体層で被覆した第２の薄膜線材であり、前記第２の薄膜線材は、前記導体層のうち前記基板に関して前記高温超電導層と反対側の側面に前記接合材が配置される請求項１に記載の薄膜線材の接続構造。
3. 前記経路形成体は、巻回されてコイルにされた前記薄膜線材の端部に接続されて前記超電導電流を前記コイルの外部に流出させる口出電極である請求項１または請求項２に記載の薄膜線材の接続構造。
4. 前記経路形成体は、前記薄膜線材が巻回されて形成された２つのコイルを電気的に接続する接続導体である請求項１または請求項２に記載の薄膜線材の接続構造。
5. 前記経路形成体は、高温超電導銀シース線材である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の薄膜線材の接続構造。
6. 前記経路形成体は、前記薄膜線材のテープ長手方向に沿う方向の長さが、この方向に垂直な方向の長さの５０倍以下である線材片である請求項５に記載の薄膜線材の接続構造。
7. 前記側面を同一の向きに揃えられた２以上の薄膜線材が、前記側面を前記線材片で接続されてできる接続構造を用いた高温超電導線材。
8. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の薄膜線材の接続構造を用いた高温超電導線材。
9. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の薄膜線材の接続構造を用いた高温超電導コイル。

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